一种垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管及其制作方法技术

技术编号:14625613 阅读:157 留言:0更新日期:2017-02-12 13:11
本发明专利技术提供了一种垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管及其制作方法,所述场效应管的制作方法包括:提供第一导电类型衬底;在衬底上方生长具有第一导电类型的第一外延层;在第一外延层上方形成交替相间的第一导电类型柱区和第二导电类型柱区;在第一导电类型柱区上方形成具有第一导电类型的第三外延层,以及在第二导电类型柱区上方形成第二导电类型阱区;在第三外延层表面形成栅极区;在第二导电类型阱区内形成第一导电类型源区;形成栅极金属层、源极金属层和漏极金属层。本发明专利技术通过增加第一外延层和在第二外延层中形成的交替相间的第一导电类型柱区和第二导电类型柱区,大大降低了导通电阻。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于功率半导体器件制造
,涉及一种垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管及其制作方法
技术介绍
垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管(VDMOS)因具有开关损耗小、输入阻抗高、驱动功率小、频率特性好、跨导高度线性等优点,被越来越广泛地应用在模拟电路和驱动电路中,尤其是高压功率部分。如图1所示,为传统的VDMOS器件的结构剖面图,包括N型半导体衬底101,位于衬底101上方的漂移层102,位于漂移层102表面的栅极G,栅极G包括栅氧化层105及依次位于栅氧化层105上方的多晶硅层106和栅极金属层107,位于栅极G两侧漂移层102内的P型阱区103,位于P型阱区103内的N型源区104,位于N型源区104表面的源极金属层108以及位于衬底100背面的漏极金属层109。传统的VDMOS器件的导通电阻主要是漂移层102的电阻,漂移层102的耐压能力由其厚度和掺杂浓度决定。为了降低导通电阻,需要减薄VDMOS漂移层102的厚度,或者提高漂移层102的掺杂浓度,但这会导致VDMOS耐压的降低。传统的VDMOS的导通电阻随耐压的增长受硅极限的限制,称为“硅限”,导通电阻随着耐压成2.5次方的关系增加。由此可见,传统VDMOS器件具有导通电阻高的缺陷。
技术实现思路
鉴于此,本专利技术提供了一种垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管及其制作方法,以降低器件的导通电阻。为实现上述目的,本专利技术采用如下技术方案:一方面,本专利技术实施例提供一种垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管的制作方法,包括如下步骤:提供第一导电类型衬底;在所述第一导电类型衬底上方形成第一外延层,所述第一外延层的导电类型为第一导电类型,所述第一外延层具有第一电阻率;在所述第一外延层上方形成交替相间的第一导电类型柱区和第二导电类型柱区,所述第二导电类型柱区位于所述第一导电类型柱区的两侧,所述第一导电类型柱区具有第二电阻率,所述第二电阻率小于所述第一电阻率;在所述第一导电类型柱区上方形成第三外延层,所述第三外延层的导电类型为第一导电类型,所述第三外延层具有第三电阻率,以及在所述第二导电类型柱区上方形成第二导电类型阱区,所述第二导电类型阱区与所述第二导电类型柱区相连,所述第三电阻率等于所述第二电阻率;在所述第三外延层上表面形成栅极区;在所述第二导电类型阱区内形成第一导电类型源区;在所述栅极区上方形成栅极金属层,在所述第一导电类型源区上方形成源极金属层,在所述第一导电类型衬底下方形成漏极金属层。进一步地,所述第一外延层的厚度为10~30微米,所述第一电阻率为5~20欧姆·厘米,所述第一导电类型柱区的厚度为15~40微米,所述第二电阻率为2~10欧姆·厘米。进一步地,所述第三外延层的厚度为5~10微米,所述第三外延层的掺杂离子类型和掺杂浓度与所述第一导电类型柱区相同。进一步地,所述形成交替相间的第一导电类型柱区和第二导电类型柱区的方法为多次外延法或深槽外延法。进一步地,所述第一导电类型为N型,所述第二导电类型为P型;或所述第一导电类型为P型,所述第二导电类型为N型。另一方面,本专利技术实施例提供一种垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管,所述场效应管包括:第一导电类型衬底;位于所述第一导电类型衬底下方的漏极金属层;位于所述第一导电类型衬底上方的第一外延层,所述第一外延层的导电类型为第一导电类型,所述第一外延层具有第一电阻率,所述第一电阻率为5~20欧姆·厘米;位于所述第一外延层上方的交替相间的第一导电类型柱区和第二导电类型柱区,所述第二导电类型柱区位于所述第一导电类型柱区的两侧,所述第一导电类型柱区具有第二电阻率,所述第二电阻率小于所述第一电阻率;位于所述第一导电类型柱区上方的第三外延层,所述第三外延层的导电类型为第一导电类型,所述第三外延层具有第三电阻率,所述第三电阻率等于所述第二电阻率,以及位于所述第三外延层表面的栅极区和栅极金属层;位于所述第二导电类型柱区上方的第二导电类型阱区,所述第二导电类型阱区与所述第二导电类型柱区相连;位于所述第二导电类型阱区内的第一导电类型源区,以及位于所述第一导电类型源区表面的源极金属层。进一步地,所述第一外延层的厚度为10~30微米,所述第一电阻率为5~20欧姆·厘米,所述第一导电类型柱区的厚度为15~40微米,所述第二电阻率为2~10欧姆·厘米。进一步地,所述第三外延层的厚度为5~10微米,所述第三外延层的掺杂离子类型和掺杂浓度与所述第一导电类型柱区相同。进一步地,所述第一导电类型为N型,所述第二导电类型为P型;或所述第一导电类型为P型,所述第二导电类型为N型。与现有技术相比,本专利技术技术方案的优点是:本专利技术提供的垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管及其制作方法,与传统的VDMOS器件相比,通过增加第二外延层,并在其内部生成交替相间的第一导电类型柱区和第二导电类型柱区,引入了横向电场,使得器件柱区在较小的关断电压下即可完全耗尽,击穿电压仅与柱区厚度及临界电场有关,打破了传统VDMOS器件的“硅限”,使导通电阻随耐压的升高缓慢增加。因此,在相同的耐压下,柱区的掺杂浓度可以提高一个数量级,大大降低了导通电阻;同时在第二外延层和第一导电类型衬底之间形成第一外延层,作为低压VDMOS的漂移层,其导通电阻很小,在器件厚度不变的条件下,进一步降低了器件总的导通电阻。附图说明下面将通过参照附图详细描述本专利技术或现有技术的示例性实施例,使本领域的普通技术人员更清楚本专利技术的上述及其他特征和优点,附图中:图1为现有技术的传统VDMOS器件的结构剖面图;图2为本专利技术实施例提供的垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管的结构剖面图;图3为本专利技术实施例提供的垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管的制作流程图;图4a为图3所示步骤S1中对应的结构剖面图;图4b为图3所示步骤S2中对应的结构剖面图;图4c为图3所示步骤S3中对应的结构剖面图一;图4d为图3所示步骤S3中对应的结构剖面图二;图4e为图3所示步骤S3中对应的结构剖面图一;图4f为图3所示步骤S3中对应的结构剖面图二;图4g为图3所示步骤S4中对应的结构剖面图;图4h为图3所示步骤S5中对应的结构剖面图;图4i为图3所示步骤S6中对应的结构剖面图;图4j为图3所示步骤S7中对应的结构剖面图。具体实施方式为使本专利技术的目本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管的制作方法,其特征在于,包括如下步骤:提供第一导电类型衬底;在所述第一导电类型衬底上方形成第一外延层,所述第一外延层的导电类型为第一导电类型,所述第一外延层具有第一电阻率;在所述第一外延层上方形成交替相间的第一导电类型柱区和第二导电类型柱区,所述第二导电类型柱区位于所述第一导电类型柱区的两侧,所述第一导电类型柱区具有第二电阻率,所述第二电阻率小于所述第一电阻率;在所述第一导电类型柱区上方形成第三外延层,所述第三外延层的导电类型为第一导电类型,所述第三外延层具有第三电阻率,以及在所述第二导电类型柱区上方形成第二导电类型阱区,所述第二导电类型阱区与所述第二导电类型柱区相连,所述第三电阻率等于所述第二电阻率;在所述第三外延层上表面形成栅极区;在所述第二导电类型阱区内形成第一导电类型源区;在所述栅极区上方形成栅极金属层,在所述第一导电类型源区上方形成源极金属层,在所述第一导电类型衬底下方形成漏极金属层。

【技术特征摘要】
1.一种垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管的制作方法,其特征在
于,包括如下步骤:
提供第一导电类型衬底;
在所述第一导电类型衬底上方形成第一外延层,所述第一外延层的导电类
型为第一导电类型,所述第一外延层具有第一电阻率;
在所述第一外延层上方形成交替相间的第一导电类型柱区和第二导电类型
柱区,所述第二导电类型柱区位于所述第一导电类型柱区的两侧,所述第一导
电类型柱区具有第二电阻率,所述第二电阻率小于所述第一电阻率;
在所述第一导电类型柱区上方形成第三外延层,所述第三外延层的导电类
型为第一导电类型,所述第三外延层具有第三电阻率,以及在所述第二导电类
型柱区上方形成第二导电类型阱区,所述第二导电类型阱区与所述第二导电类
型柱区相连,所述第三电阻率等于所述第二电阻率;
在所述第三外延层上表面形成栅极区;
在所述第二导电类型阱区内形成第一导电类型源区;
在所述栅极区上方形成栅极金属层,在所述第一导电类型源区上方形成源
极金属层,在所述第一导电类型衬底下方形成漏极金属层。
2.根据权利要求1所述的制作方法,其特征在于,所述第一外延层的厚
度为10~30微米,所述第一电阻率为5~20欧姆·厘米,所述第一导电类型柱
区的厚度为15~40微米,所述第二电阻率为2~10欧姆·厘米。
3.根据权利要求1所述的制作方法,其特征在于,所述第三外延层的厚度
为5~10微米,所述第三外延层的掺杂离子类型和掺杂浓度与所述第一导电类
型柱区相同。
4.根据权利要求1所述的制作方法,其特征在于,所述形成交替相间的

\t第一导电类型柱区和第二导电类型柱区的方法为多次外延法或深槽外延法。
5.根据权利要求1至4任一项所述的制作方法,其特征在于,所述第一导
电类型为N型,所述第二导电类型为...

【专利技术属性】
技术研发人员:孙晓儒周宏伟阮孟波
申请(专利权)人:无锡华润华晶微电子有限公司
类型:发明
国别省市:江苏;32

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